培养学生创新能力的《通信原理》课程教学改革

常侃 梁韵 唐振华 张振荣 许嘉

摘要：《通信原理》课程是电子信息类专业中非常重要的一门专业基础课。该课程存在着理论较深、公式繁多的特点，学生容易丧失学习兴趣，导致教学效果不佳。本文以培养学生的创新能力为目标，在理论教学体系上，从调整教学内容、丰富教学手段和方法、丰富评价方式三个角度来进行改革。

关键词：通信原理；创新能力；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）24-0120-02

一、引言

培养创新型人才是我国高等教育的重要责任和最为紧迫的任务之一。近年来，国内各高校都非常注重学生创新能力的培养，在教学过程中倡导因材施教，营造了良好的创新型人才培养环境[1]。在这样的大背景下，建设注重创新能力培养的电子信息类专业课程教学体系变得尤为迫切。

《通信原理》课程是电子通信类学科最为核心的专业课程之一[2]。但是，该门课程的特点是理论深，公式推导繁多。一方面，学生陷入纯理论的学习和记忆中，疲于应付，容易失去学习动力及兴趣；另一方面，理论与实践环节分离，导致学生动手能力不足，创新能力得不到有效地培养和锻炼。

为了解决上述问题，本文主要研究如何对《通信原理》课程进行教学改革，提升学生的学习兴趣并有效培养学生的创新能力和思维，使学生能够从理论型向能力型人才转变，从适应型向创新型人才转变[3]。

二、教学内容的调整

目前本专业采用的教材是由国防工业出版社出版的《通信原理》（第7版）[2]。在该版本教材中，包括了13章的学习内容。在非常有限的课时内要将所有内容讲透并不实际，除此之外，还容易让学生感到枯燥乏味，引起学生的抵触情绪。

首先，需要进行教学内容的精简。例如，我们弱化了与《信号与系统》课程相近的确知信号部分内容教学；由于AM、DSB、SSB、VSB、FM等调制方式与《通信电子线路》部分学习内容重合，我们在教学过程中进行了适当删减；将信源编码、信息熵、差错编码等内容移至《信息论基础》课程中学习。上述内容仅在课堂授课过程中简单提及，并不做过多展开。

其次，将虚拟实验引入教学内容中。例如，采用Matlab编写均匀量化程序，对已知的三角函数进行量化，并将结果进行展示。一方面，通过更改量化电平数，学生们可以轻易地发现量化间隔的大小对量化噪声的影响；另一方面，通过将Matlab程序进行展示并鼓励学生在课后进行探索，可以让学生更为准确而灵活地掌握所学知识，并潜移默化地培养了学生的创新意识和思维。类似的课堂讲授的虚拟实验还包括基于Matlab的数字调制解调过程演示、噪声对数字传输及判决的影响、眼图、模拟信号的数字化及恢复过程演示等内容。

第三，倡导老师将自己的科研成果与教学内容相结合，用自己的新思路、新观点、新方法鼓励学生们去探索未知的领域。例如，在讲授奈奎斯特采样定理时，可以引出近十年非常热门的研究方向压缩感知，用以说明奈奎斯特采样速率仅是无失真恢复的充分条件而非必要条件；在讲授新型数字带通调制技術时，可以介绍4G及5G移动通信所采用的新传输技术和标准。

三、教学方法和手段的多样化

为了有效培养学生的创新能力和创新意识，需要对传统的教学方法进行改革，建立以思维训练为核心的多样化的教学手段和方法。

首先，在课堂授课过程中应该采用启发式、互动式、讨论式等多种模式。以问题为导向，引导学生进行探索和学习。例如，对于三种数字调制方式2ASK、2FSK、2PSK，在教学过程中可以先解释相关定义和模型，然后设问：“数字调制中的调频、调幅、调相，与模拟调制中的调频、调幅、调相有什么区别？”接下来可以通过分组讨论的形式，鼓励学生将被动学习转变为主动学习，也可以通过虚拟实验进行仿真演示，强化学生的理解和记忆。

其次，在教学过程中可以多采用比较法、类比法、归纳法、演绎推理法等，从多种角度组织教学内容。例如，可以采用比较法，分析二进制双极性/单极性、归零码/不归零码的功率谱密度；采用比较法，分析不同数字调制方式在有效性和可靠性上的优势和劣势；可以采用类比法，分析数字调制系统中的2ASK/2PSK与数字基带系统中的单极性不归零码/双极性不归零码系统的抗噪声性能；可以采用演绎推理法，针对同一个调制系统，分析输入参数的改变对输出信号的影响等。需要注意的是，在讲授课程的过程中，有必要将多种思维角度进行结合，才能有效地降低学生对复杂推导过程的抵触情绪。

最后，根据课程特点，应多进行不同教学内容之间的串联。《通信原理》课程讲授的是一个完整的点对点通信系统，那么就应该多强调目前所学的知识点在整个通信系统中所处的位置和作用，与其他知识点之间具有怎样的逻辑关系，在这里可以借助Matlab虚拟实验进行系统级别的整体演示，例如，可以建立完整的数字带通系统，将各个模块的输出信号波形逐个进行展示，并通过控制噪声的大小、采用不同的调制方式等手段，分析系统的抗误码性能。通过这样的形式，可以极大地激发学生的学习兴趣和探索精神，有效培养创新思维。

四、评价方式的多样化

科学有效的评价机制是创新能力培养中的重要一环，是学生学习的重要导向。在评价机制上，需要摈弃传统的平时作业成绩加期末考试的单一评价模式，以形成性评估和过程性评估模式为基础，采用多样化的评价角度和方式。从评价角度上来划分，期末总评成绩涵盖平时成绩、实验成绩和考试成绩三大部分。

平时成绩包括出勤成绩、小组讨论及课堂问答成绩、课后作业成绩几个部分。在小组讨论环节，根据学生在讨论过程中的参与度、完成度、积极性和角色来进行打分，学生被要求以组为单位进行自评和组内互评，以此进行综合评价。为了培养学生的创新精神，课后作业应形式多样，包括章节内容课后习题、Matlab虚拟实验编程题、开放式问题等。

实验环节主要安排在广西大学计算机与信息自治区级虚拟实验仿真中心进行。该中心配备了由美国国家仪器公司生产的教育平台解决方案[4]，可以方便地开展《通信原理》课程虚实结合的实验。在此平台上，我们设计了基础型、综合型以及研究型三类实验。针对基础型实验和综合型实验，除了完成基本的实验报告外，指导教师会在实验过程中根据学生的实验结果进行设问，例如，教师可以在数字调制解调实验中提出问题：“为什么观测到的解调输出波形会与发送波形形状略有不一致？波形的畸变与什么参数有关？”通过这样的方式激发学生去灵活应用所学知识解决实际问题，并自己动手验证。研究型实验为可选项，主要作用在于激励学生的探索精神，考查创新能力。

最后，基于重过程、轻结果的评价思路，我们降低了闭卷笔试环节在期末总评分数中的比重。除了传统题型外，适当加入少部分跨课程综合题以及开放性问题，以此增加对学生综合能力及素质的考查。例如，由于《通信原理》和《信号与系统》、《信息论》、《通信电子线路》等课程结合紧密，可以结合上述已学课程进行联合考查。

五、结束语

以培养学生创新能力为目标的《通信原理》课程教学改革，既是一个紧迫的任务，也是一个长期的过程。在本文中，从三个方面进行了改革探索，但是仍存在着许多不完善之处，需要不断地研究，从而寻找和发现新的改革方法和相关理论。

参考文献：

[1]张翠芳.在通信原理课程教学中培养学生创新能力的改革与实践[J].北京邮电大学学报（社会科学版），2010，12（2）：90-94.

[2]樊昌信，曹丽娜.通信原理（第7版）[M].北京：国防工业出版社，2016.

[3]王秀芳，高丙坤，王冬梅等.在通信原理课程教学中培养学生创新能力的改革与实践[J].中国现代教育装备，2009，（8上）：65-67.

[4]NI教育平台解决方案[EB/OL].（2017-09-12）.http：//www.ni.com/education-platform/zhs/.